Λειτουργία αντλίας καλίου, λειτουργίες και σημασία



Το αντλία νατρίου καλίου είναι ένας ενεργός μηχανισμός κυτταρικής μεταφοράς που μετακινεί ιόντα νατρίου (Na+) από το εσωτερικό του κυττάρου προς το εξωτερικό και το ιόν καλίου (Κ+) στην αντίθετη κατεύθυνση. Η αντλία είναι υπεύθυνη για τη διατήρηση των βαθμίδων συγκέντρωσης που είναι χαρακτηριστικές και για τα δύο ιόντα.

Αυτή η μεταφορά ιόντων συμβαίνει έναντι των φυσιολογικών βαθμίδων συγκέντρωσης, επειδή όταν ένα ιόν είναι πολύ συγκεντρωμένο στο κύτταρο τείνει να το αφήσει να ταιριάζει με τις συγκεντρώσεις με το εξωτερικό. Η αντλία νατρίου καλίου σπάει αυτή την αρχή και για το σκοπό αυτό απαιτείται ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ.

Στην πραγματικότητα, αυτή η αντλία είναι ένα πρότυπο παράδειγμα ενεργής κυτταρικής μεταφοράς. Η αντλία σχηματίζεται από ένα σύμπλεγμα ενζυματικής φύσης που εκτελεί τις κινήσεις των ιόντων μέσα και έξω από το κελί. Είναι παρούσα σε όλες τις μεμβράνες των ζωικών κυττάρων, αν και είναι πιο άφθονη σε ορισμένους τύπους, όπως οι νευρώνες και τα μυϊκά κύτταρα.

Τα ιόντα νατρίου και καλίου είναι ζωτικής σημασίας για διάφορες βιολογικές λειτουργίες, όπως η συντήρηση και η ρύθμιση του όγκου των κυττάρων, η μετάδοση νευρικών παλμών, η δημιουργία μυϊκών συστολών, μεταξύ άλλων..

Ευρετήριο

  • 1 Λειτουργία
    • 1.1 Βασικές αρχές κυψελοειδούς μεταφοράς
    • 1.2 Ενεργός και παθητική μεταφορά
    • 1.3 Χαρακτηριστικά της αντλίας καλίου νατρίου
    • 1.4 Πώς λειτουργεί η αντλία καλίου νατρίου?
    • 1,5 ATPase
    • 1.6 Γεννητικές και ηλεκτρογενείς αντλίες ιόντων
    • 1.7 Ταχύτητα αντλίας
    • 1.8 Κινητική μεταφορά
  • 2 Λειτουργίες και σημασία
    • 2.1 Έλεγχος όγκου κυττάρων
    • 2.2 Δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης
    • 2.3 Νευρικές παρορμήσεις
  • 3 αναστολείς
  • 4 Αναφορές

Λειτουργία

Βασικές αρχές της κυτταρικής μεταφοράς

Πριν εξερευνήσουμε σε βάθος τη λειτουργία της αντλίας νατρίου-καλίου, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε και να ορίσουμε τους όρους που χρησιμοποιούνται περισσότερο από την άποψη της κυτταρικής μεταφοράς.

Τα κύτταρα βρίσκονται σε συνεχή ανταλλαγή υλικών με το εξωτερικό τους περιβάλλον. Αυτή η κίνηση συμβαίνει χάρη στην παρουσία ημιπερατών μεμβρανών λιπιδίων που επιτρέπουν μόρια να εισέρχονται και να εξέρχονται με την ευκολία του κυττάρου. οι μεμβράνες είναι πολύ επιλεκτικές οντότητες.

Οι βιομεμβράνες δεν αποτελούνται αποκλειστικά από λιπίδια. έχουν επίσης μια σειρά από πρωτεΐνες δεσμευμένες σε αυτές που μπορούν να διασχίσουν ή να αγκυροβοληθούν σε αυτές από άλλες οδούς.

Δεδομένης της μη-πολικής συμπεριφοράς του εσωτερικού των μεμβρανών, η είσοδος των πολικών ουσιών διακυβεύεται. Ωστόσο, η μετατόπιση πολικών μορίων είναι απαραίτητη για τη συμμόρφωση με διαφορετικές διαδικασίες. επομένως το κύτταρο πρέπει να διαθέτει μηχανισμούς που επιτρέπουν τη διέλευση αυτών των πολικών μορίων.

Η διέλευση των μορίων μέσω των μεμβρανών μπορεί να εξηγηθεί από φυσικές αρχές. Η διάχυση είναι η τυχαία μετακίνηση μορίων από περιοχές με υψηλές συγκεντρώσεις σε περιοχές όπου η συγκέντρωση είναι χαμηλότερη.

Επίσης, η μετακίνηση του νερού μέσω των ημιδιαπερατών μεμβρανών εξηγείται από την όσμωση, μια διαδικασία στην οποία η ροή του νερού θα συμβεί όπου υπάρχει μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών..

Ενεργός και παθητική μεταφορά

Ανάλογα με τη χρήση ή μη της ενέργειας, η μεταφορά μέσω των μεμβρανών ταξινομείται ως παθητική και ενεργή. 

Όταν μια διαλυμένη ουσία μεταφέρεται παθητικά, το κάνει μόνο υπέρ των βαθμίδων συγκέντρωσης, ακολουθώντας την αρχή της απλής διάχυσης.

Μπορεί να το κάνει μέσω της μεμβράνης, μέσω υδατικών διαύλων ή χρησιμοποιώντας ένα μόριο μεταφοράς που διευκολύνει τη διαδικασία. Ο ρόλος του μεταφορικού μορίου είναι να «μάσκα» μια πολική ουσία έτσι ώστε να μπορεί να διέλθει μέσω της μεμβράνης.

Έρχεται ένα σημείο στο οποίο οι διαλυμένες ουσίες έχουν εξισώσει τις συγκεντρώσεις τους και στις δύο πλευρές της μεμβράνης και η ροή σταματά. Αν θέλετε να μετακινήσετε το μόριο σε κάποια κατεύθυνση, θα χρειαστεί να κάνετε την ένεση ενέργειας στο σύστημα.

Στην περίπτωση φορτισμένων μορίων, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η βαθμίδα συγκέντρωσης και η ηλεκτρική βαθμίδα.

ΟβΙΙ επενδύει πολλή ενέργεια για να διατηρηθούν αυτά τα κλίσεις μακριά από την ισορροπία, λόγω της ύπαρξης των ενεργών ΑΤΡ μεταφοράς χρησιμοποιώντας ένα σωματίδιο να κινηθούν προς περιοχές υψηλής συγκέντρωσης.

Χαρακτηριστικά της αντλίας καλίου νατρίου

Μέσα στα κύτταρα η συγκέντρωση του καλίου είναι περίπου 10 έως 20 φορές υψηλότερη, σε σύγκριση με το εξωτερικό του κυττάρου. Με τον ίδιο τρόπο, η συγκέντρωση ιόντων νατρίου είναι πολύ υψηλότερη εκτός του κυττάρου.

Ο μηχανισμός που είναι υπεύθυνος για τη διατήρηση αυτών των βαθμίδων συγκέντρωσης είναι η αντλία καλίου του νατρίου, που σχηματίζεται από ένα ένζυμο αγκυρωμένο στη μεμβράνη πλάσματος σε ζωικά κύτταρα..

Είναι τύπου antiport, καθώς ανταλλάσσει ένα είδος μορίου από τη μια μεριά της μεμβράνης με μια άλλη. Η μεταφορά νατρίου εμφανίζεται προς τα έξω, ενώ η μεταφορά καλίου συμβαίνει στο εσωτερικό.

Όσον αφορά τις αναλογίες, η αντλία απαιτεί την υποχρεωτική ανταλλαγή δύο ιόντων καλίου από έξω με τρία ιόντα νατρίου από το εσωτερικό του κυττάρου. Όταν υπάρχει έλλειψη ιόντων καλίου, νατρίου ιόντα ανταλλαγή κανονικά θα συνέβαινε δεν μπορεί να εκτελεστεί.

Πώς λειτουργεί η αντλία καλίου νατρίου?

Το αρχικό στάδιο είναι η σταθεροποίηση των τριών ιόντων νατρίου στην πρωτεΐνη ΑΤΡάσης. Η κατανομή της ΑΤΡ σε ADP και φωσφορικό άλας συμβαίνει. το φωσφορικό που απελευθερώνεται σε αυτή την αντίδραση συσχετίζεται με την πρωτεΐνη, επάγοντας μια μεταβολή διαμόρφωσης στα κανάλια μεταφοράς.

Το στάδιο είναι γνωστό ως φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης. Με αυτές τις τροποποιήσεις, τα ιόντα νατρίου εκδιώκονται στο εξωτερικό του κυττάρου. Ακολούθως, εμφανίζεται η ένωση των δύο ιόντων καλίου από το εξωτερικό.

Στην πρωτεΐνη, οι φωσφορικές ομάδες αποσυνδέονται (η πρωτεΐνη αποφωσφορυλιώνεται) και η πρωτεΐνη επιστρέφει στην αρχική της δομή. Σε αυτό το στάδιο, μπορούν να εισέλθουν ιόντα καλίου.

ATPase

Δομικά, η "αντλία" είναι ένα ένζυμο τύπου ΑΤΡάσης που έχει θέσεις πρόσδεσης για ιόντα νατρίου και ΑΤΡ στην επιφάνεια που αντιμετωπίζει το κυτόπλασμα και στο τμήμα που βλέπει το εξωτερικό του κυττάρου είναι οι θέσεις των δέσμευση για το κάλιο.

Σε κύτταρα θηλαστικών η ανταλλαγή κυτταροπλασματικών ιόντων Na + με εξωκυτταρικά ιόντα Κ + προκαλείται από ένα ένζυμο αγκυρωμένο στην μεμβράνη, που ονομάζεται ΑΤΡάση. Η ανταλλαγή ιόντων μεταφράζεται σε ένα δυναμικό μεμβράνης.

Αυτό το ένζυμο αποτελείται από δύο μεμβρανικά πολυπεπτίδια με δύο υπομονάδες: άλφα 112 kD και βήτα 35 kD.

Ιονικές αντλίες, ρενενικές και ηλεκτρογενείς

Καθώς η κίνηση των ιόντων μέσω των μεμβρανών είναι άνιση (δύο ιόντα καλίου για τρία ιόντα νατρίου), η καθαρή κίνηση προς τα έξω συνεπάγεται θετικό φορτίο ανά κύκλωμα άντλησης.

Αυτές οι αντλίες ονομάζονται ρεογονικές, αφού περιλαμβάνουν μια καθαρή κίνηση των φορτίων και παράγουν ένα διαμεμβρανικό ηλεκτρικό ρεύμα. Στην περίπτωση που το ρεύμα δημιουργεί μια επίδραση στην τάση της μεμβράνης, η αντλία καλείται ηλεκτρογόνος.

Ταχύτητα αντλίας

Υπό συνθήκες κανονικότητας, η ποσότητα των ιόντων νατρίου που αντλούνται στο εξωτερικό του κυττάρου είναι ίση με τον αριθμό των ιόντων που εισέρχονται στο κύτταρο, έτσι ώστε η καθαρή ροή της κίνησης να είναι ίση με μηδέν.

Το ποσό των υφιστάμενων εκτός και εντός του κυττάρου προσδιορίζεται από δύο παράγοντες ιόντα: το ρυθμό με τον οποίο η ενεργή μεταφορά του νατρίου και το ποσοστό στο οποίο εισέρχεται και πάλι λαμβάνει χώρα με μεθόδους διάχυσης.

Λογικά, η ταχύτητα εισόδου με διάχυση καθορίζει την ταχύτητα που απαιτείται από την αντλία προκειμένου να διατηρηθεί η απαιτούμενη συγκέντρωση στο ενδο- και εξωκυτταρικό περιβάλλον. Όταν η συγκέντρωση αυξάνεται, η αντλία αυξάνει την ταχύτητά της.

Κινητική μεταφορά

Η ενεργή μεταφορά παρουσιάζει την κινητική Michaelis-Menten, χαρακτηριστική ενός σημαντικού αριθμού ενζύμων. Παρομοίως, αναστέλλεται από ανάλογα μόρια.

Λειτουργίες και σημασία

Έλεγχος όγκου κυττάρων

Η αντλία καλίου του νατρίου είναι υπεύθυνη για τη διατήρηση ενός βέλτιστου όγκου κυττάρων. Αυτό το σύστημα προωθεί την έξοδο ιόντων νατρίου. Επομένως, το εξωκυτταρικό περιβάλλον αποκτά θετικά φορτία. Λόγω της προσέλκυσης φορτίων, τα ιόντα συσσωρεύονται με αρνητικά φορτία, όπως ιόντα χλωρίου ή διττανθρακικών.

Σε αυτό το σημείο η εξωκυτταρικό υγρό έχει μια σημαντική ποσότητα ιόντων, η οποία παράγει την κίνηση του ύδατος από το εσωτερικό του κυττάρου προς το εξωτερικό -για όσμωση-για την αραίωση αυτών των διαλυμένων ουσιών.

Δυναμικό μεμβράνης ανάπαυσης

Η αντλία καλίου του νατρίου είναι γνωστή για το ρόλο της στην ώθηση των νεύρων. Τα νευρικά κύτταρα, που ονομάζονται νευρώνες, είναι ηλεκτρικά ενεργά και εξειδικευμένα για τη μεταφορά των παλμών. Στους νευρώνες μπορείτε να μιλήσετε για ένα "δυναμικό μεμβράνης".

Ένα δυναμικό μεμβράνης εμφανίζεται όταν υπάρχει μια ανισότητα ιοντικής συγκέντρωσης και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Καθώς το εσωτερικό του κυττάρου έχει μεγάλες ποσότητες καλίου και το εξωτερικό είναι πλούσιο σε νάτριο, υπάρχει το εν λόγω δυναμικό.

Το δυναμικό της μεμβράνης μπορεί να διακριθεί όταν το κύτταρο είναι σε κατάσταση ηρεμίας (δεν υπάρχουν ενεργά ή μετασυναπτικά συμβάντα), καθώς και το δυναμικό δράσης.

Όταν το κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία, δημιουργείται ένα δυναμικό -90 mV και η τιμή αυτή διατηρείται κυρίως από την αντλία καλίου του νατρίου. Στην πλειονότητα των κυττάρων που μελετήθηκαν, τα δυναμικά υπολείμματα κυμαίνονται μεταξύ -20 mV και -100 mV.

Νευρικές παρορμήσεις

Η νευρική ώθηση οδηγεί στο άνοιγμα των διαύλων νατρίου, δημιουργεί μια ανισορροπία στη μεμβράνη και λέγεται ότι είναι "αποπολωμένη". Δεδομένου ότι έχει θετικό φορτίο, η αναστροφή του φορτίου λαμβάνει χώρα στην εσωτερική πλευρά της μεμβράνης.

Όταν ολοκληρωθεί η επιβολή, εμφανίζεται το άνοιγμα των διαύλων καλίου για την αναπλήρωση των φορτίων μέσα στο κύτταρο. Αυτή τη στιγμή η αντλία καλίου νατρίου διατηρεί τη συγκέντρωση των εν λόγω ιόντων σταθερή.

Αναστολείς

Η αντλία νατρίου καλίου μπορεί να αναστέλλεται από την καρβαμική γλυκοσίδη ουουμπίνη. Όταν αυτή η ένωση φτάνει στην επιφάνεια του κυττάρου, ανταγωνίζεται για τις θέσεις πρόσδεσης των ιόντων. Αναστέλλεται επίσης από άλλες γλυκοσίδες όπως η διγοξίνη.

Αναφορές

  1. Curtis, Η., & Schnek, Α. (2006). Πρόσκληση στη Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, Μ., & Anderson, Μ. (2004). Φυσιολογία των ζώων. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, Κ., & Eckert, R. (2002). Eqert φυσιολογία των ζώων. Macmillan.
  4. Skou, J.C. & Esmann, Μ. (1992). Το na, k-atpase. Εφημερίδα των βιοενέργειας και των βιομεμβρανών, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R.R., & Bestene, J.A.. Τοξικολογία. Πρακτικές και διαδικασίες. Οδηγίες κλινικής πρακτικής Τόμος 2, τόμος IV. Pontificia Universidad Javeriana.